3. Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn:
3.3. Thép hợp kim dùng trong kết cấu hàn:
a. Thành phần hoá học:
Khác với thép cacbon, thép hợp kim là loại thép mà người ta đưa thêm vào các nguyên tố có lợi với lượng đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất cơ lý hóa. Các nguyên tố có lợi được đưa vào với lượng đủ lớn gọi là các nguyên tố hợp kim. Chúng bao gồm các nguyên tố với hàm lượng lớn hơn các giới hạn cho từng nguyên tố như sau
Mn≥0,8÷ 1% Ni ≥ 0,5÷ 0,8% Ti ≥ 0,1% Si:0,5÷ 0,8 W: 0,1÷ 0,5 Cu ≥ 0,3 Cr ≥ 0,5÷ 0,8 Mo 0,05 ÷ 0,2 B ≥ 0,002%
Nhỏ hơn thì được gọi là tạp chất
Thép hợp kim chất lượng tốt có chứa ít và rất ít các tạp chất có hại. b. Đặc tính thép hợp kim:
*. Cơ tính:
Do một số yếu tố mà chủ yếu là tính thấm tôi cao hơn nên thép hợp kim có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon. Điều này thể hiện đặc biệt ở thép sau khi tôi + ram
- Ở trạng thái không tôi+ram (ví dụ ở trạng thái ủ) độ bền của thép hợp kim không cao hơn thép cacbon bao nhiêu. Cho nên đã dùng thép hợp kim thì phải qua nhiệt luyện tôi + ram. Nếu dùng thép hợp kim ở trạng thái cung cấp hay ủ là sự lãng phí lớn về độ bền.
- Do tính thấm tôi tốt, dùng môi trường tôi chậm (dầu nên khi tôi ít bị biến dạng và nứt hơn so với thép cacbon luôn phải tôi nước. Do vậy các chi tiết có hình dạng phức tạp phải qua tôi (do đòi hỏi về độ bền) đều phải làm bằng thép hợp kim. - Khi tăng mức độ hợp kim hoá làm tăng được độ thấm tôi làm tăng độ cứng, độ bền song thường làm giảm độ dẻo, độ dai nên lượng hợp kim cần thiết chỉ cần đảm bảo tôi thấu tiết diện đã cho là đủ, khôngnên dùng thừa. Do vậy có nguyên tắc là chọn mác thép hợp kim cao hay thấp là phụ thuộc tiết diện vàkích thước.
- Tuy có độ bền cao hơn nhưng thường có độ dẻo, độ dai thấp hơn. Do vậy phải chú ý đến mối quan hệ này để có xử lý thích hợp (= ram)
Tuy có ưu điểm về độ bền nhưng nói chung thép hợp kim có tính công nghệ kém hơn so với thép cacbon (trừ tính thấm tôi).
* Tính chịu nhiệt:
Các nguyên tố hợp kim cản trở sự khuyếch tán của cacbon do đó làm mactẽnit khó phân hoá và cacbit khó kết tụ ở nhiệt độ cao hơn 200oC, do vậy tại các nhiệt độ này thép hợp kim bền hơn. Một số thép hợp kim với lớp vảy oxyt tạo thành ở nhiẹt độ cao khá xít chặt, có tính bảo vệ tốt.
* Tính chất vật lý, hoá học đặc biệt:
Bằng cách đưa vào thép các nguyên tố khác nhau với lượng lớn quy định có thể tạo ra cho thép các tính chất đặc biệt: như không gỉ, chống ăn mòn trong axit, muối, có từ tính hoặc không có từ tính, giãn nở nhiệt đặc biệt
*. Theo tổ chức cân bằng:
Theo tổ chức cân bằng với lượng cacbon tăng dần có thể lần lượt được các thép với tổ chức sau:
- Thép trước cùng tích: peclit + ferit tự do - Thép cùng tích peclit
- Thép sau cùng tích peclit + cacbit tự do - Thép lêđêburit (cacbit) có lêđêburit
Riêng với thép hợp kim cao chủ yếu bằng 1 trong 2 nguyên tố Cr, Mn hay Cr- Ni sẽ có:
- Thép ferit loại có Cr rất cao (>17%) và thường rất ít cacbon
- Thép austenit có Mn rất cao (>13%) và thường có C cao loại có Cr (>18%) và Ni (>8%)
*.Theo tổ chức thường hoá:
- Thép họ peclit: loại hợp kim thấp
-Thép họ mactenxit: loại hợp kim trung bình ( >4-6 )% và cao - Thép họ austenit: loại có chứa Ni >8% hoặc Mn >13% cao - Thép họ austenit: loại có chứa Ni >8% hoặc Mn >13% cao *. Theo tổng lượng nguyên tố hợp kim:
Theo tổng lượng các nguyên tố hợp kim có trong thép từ thấp đến cao - Thép hợp kim thấp: loại có tổng lượng <2,5% (thường là thép peclit)
- Thép hợp kim trung bình: loại có tổng lượng từ 2,5 - 10%( thường là thép họ từ peclit đến mactenxit )
- Thép hợp kim cao: loại có tổng >10% (thường là họ mactenxit và austenit *. Theo công dụng:
- Thép hợp kim kết cấu - Thép hợp kim dụng cụ - Thép hợp kim đặc biệt
Trong đó hai nhóm đầu cũng có trong loại thép cacbon, còn nhóm thứ 3 không có. Đây là nhóm với tính chất vật lý - hoá học đặc biệt, thường chứa tổng lượng hợp kim cao và rất cao > 20%.
Cách phân loại trên thường có quan hệ với nhau và hco biết một số đặc trưng của thép. Thép austenit, ferit bao giờ cũng có loại thép đặc biệt, hợp kim cao hoặc rất cao, đắt và khó gia công. Thép mactenxit là loại thép rất dễ tôi song rất khó gia công cắt phôi ở trạng thái cung cấp. Thép ledeburit boa giờ cũng thuộc nhóm hợp kim cao- cacbon cao,, rất cứng để làm dụng cụ. Thép Cr - Ni bao giờ cũng là thép kết cấu quý vì có độ thấm tôi cao và độ dai tốt.
d. Tiêu chuẩn thép hợp kim:
TCVN 1759-75 quy định nguyên tắc ký hiệu thép hợp kim theo trật tự sau: - Số chỉ hàm lượng cacbon trung bình theo phần vạn, nếu ≥1% thì có thể không cần biểu thị.
- Các nguyên tố hợp kim theo ký hiệu hoá học và ngay sau đó là hàm lượng theo phần trăm trung bình (thường được quy tròn thành số nguyên) xếp theo trật tự từ cao đến thấp.
Khi lượng chứa của nguyên tố khoảng 1% thì không cần biểu thị bằng số: VD: 40Cr: thép có 0,36÷ 0,44%C, 0,8÷ 1%Cr
90CrSi thép có 0,85-0,95%C, 1,2÷ 1,6%Si, 0,95÷ 1,25%Cr Tuy nhiên TCVN chưa phủ hết các thép hợp kim thường dùng.
Bảng 28.1.8: Các ứng dụng của thép
Vật liệu AISI hay SAE Ứng dụng
Carbon Thấp Trung bình
Cao
1 1
Trục, đường ray, bánh xe, mùa xuân, các công cụ, máy
cắt
Nickel 2 2 Đúc, tấm lò hơi, kết cấu thép
Nickel Chromium 3 3 Thép không gỉ, dụng cụ nhà
bếp, bánh răng, trục.
Molypden 4 4 Máy móc, phụ tùng ô tô, bu
lông và bi lăn, lò xo
Chromium 5 5 , bi, trục, bánh răng
Chrome-Vanadi 6 6 Tools, spring and gears Công
cụ, mùa xuân và bánh răng
niken, crom và Molypden 9 9 Các bộ phận khuôn mẫu